Un microfono è un trasduttore che converte le onde sonore in segnali elettrici, tra cui microfoni di misurazione per una quantificazione precisa del suono e microfoni acustici per applicazioni audio generali. I microfoni di misurazione sono calibrati per l’uso in campi come la ricerca acustica, mentre i microfoni acustici sono ottimizzati per la registrazione e la trasmissione.
Un microfono è un trasduttore che converte le onde sonore in segnali elettrici. Il principio di base di un microfono prevede il movimento del diaframma in risposta alla pressione sonora. Questo movimento viene poi convertito in segnale elettrico attraverso vari meccanismi a seconda del tipo di microfono. Il segnale risultante è una rappresentazione dell’onda sonora in formato elettrico, che può quindi essere elaborato da apparecchiature audio o di misurazione. I microfoni possono essere classificati a grandi linee in due gruppi principali in base alle loro applicazioni: microfoni di misurazione e microfoni acustici (o per uso generale).
Microfoni di misura:
Microfoni per registrazioni acustiche:
Un microfono di misurazione è un trasduttore calibrato progettato per dispositivi che quantificano il suono, come i fonometri. Questi microfoni sono progettati per soddisfare standard come IEC 61094, garantendo misurazioni del suono precise. Sono calibrati individualmente e ogni calibrazione è documentata su un grafico che funge da riferimento vitale per tutta la vita del microfono. I microfoni di misurazione sono noti per la loro elevata precisione, stabilità e affidabilità , che li rendono strumenti essenziali in campi quali la ricerca acustica, la valutazione del rumore ambientale e il test delle apparecchiature audio. I microfoni di misurazione vengono utilizzati da ingegneri del suono, acustici e ricercatori che si affidano a questi dispositivi per misurazioni del suono precise in vari campi.
Un microfono acustico è un trasduttore progettato per catturare le onde sonore per varie applicazioni audio, come registrazione, trasmissione e comunicazione. A differenza dei microfoni di misurazione, che sono calibrati per garantire precisione e accuratezza nella quantificazione del suono, i microfoni acustici sono ottimizzati per un uso generico, dando priorità a qualità come risposta in frequenza, sensibilità e durata. Questi microfoni convertono l’energia acustica in segnali elettrici che possono essere amplificati, registrati o trasmessi per la riproduzione, l’analisi o la comunicazione. I microfoni acustici sono disponibili in vari tipi, inclusi dinamici, a condensatore, a nastro e MEMS, ciascuno adatto per ambienti e requisiti audio specifici.
I microfoni a pressione sono progettati per avere una risposta in frequenza uniforme alla pressione sonora effettiva presente sul diaframma del microfono. Misurano direttamente il livello di pressione sonora, senza compensare la presenza del microfono nel campo sonoro. I microfoni a pressione vengono utilizzati principalmente in cavità chiuse, come misurazioni con accoppiatori e calibrazioni di audiometri. Vengono utilizzati anche per misurazioni su pareti o superfici, dove il microfono può essere montato a filo con la superficie circostante.
I microfoni per campo libero sono progettati per misurare il suono così come esiste in uno spazio aperto, senza riflessi o ostruzioni. Questi microfoni tengono conto del modo in cui le onde sonore interagiscono con il corpo del microfono, fornendo una risposta in frequenza che compensa questi effetti. I microfoni per campo libero sono comunemente utilizzati nelle misurazioni all’aperto o in ambienti in cui è richiesta una rappresentazione accurata della sorgente sonora. Sono ampiamente utilizzati nei fonometri, con impostazioni regolate per la compensazione del campo libero o del campo diffuso a seconda che la misurazione sia interna o esterna.
I microfoni a incidenza casuale sono progettati per misurare in campi sonori in cui le onde sonore provengono da più direzioni, come in una camera riverberante o in ambienti altamente riflettenti. L’influenza combinata delle onde sonore provenienti da tutte le direzioni dipende dalla loro distribuzione. Per i microfoni di misurazione è stata definita una distribuzione standard basata su considerazioni statistiche, che ha portato ad un microfono ad incidenza casuale standardizzato. Questi microfoni sono consigliati per misurazioni del livello di pressione sonora secondo gli standard ANSI.
I microfoni a infrarossi sono progettati per rilevare suoni a frequenza molto bassa, in genere inferiore a 20 Hz. Questi microfoni vengono utilizzati per monitorare fenomeni naturali come terremoti e attività vulcanica, studiare le condizioni atmosferiche e monitorare l’industria. Di solito sono disponibili in dimensioni più grandi, in genere circa 1 pollice, per rilevare efficacemente i suoni a bassa frequenza.
I microfoni a ultrasuoni, invece, sono progettati per rilevare suoni ad altissima frequenza, in genere superiori a 20 kHz. Questi microfoni vengono utilizzati per applicazioni quali il rilevamento dell’ecolocalizzazione dei pipistrelli, il rilevamento di difetti a ultrasuoni nei materiali, la diagnostica medica e l’automazione industriale. Di solito sono più piccoli, circa 1/4 di pollice, per catturare con precisione i suoni ad alta frequenza. Comprendere i diversi tipi di microfoni e le loro applicazioni specifiche aiuta a selezionare il microfono giusto per misurazioni accurate del livello sonoro o registrazioni audio di alta qualità .
Un microfono MIRE (Microphone In Real Ear) è un microfono specializzato progettato per misurare il livello di pressione sonora all’interno del condotto uditivo. Lo scopo delle misurazioni MIRE è valutare i livelli di rumore provenienti da fonti sonore vicine all’orecchio, in particolare le cuffie. Esempi di applicazioni includono misurazioni in elmetti da pilota e nei call center. Un altro uso importante è valutare l’efficacia della protezione acustica misurando i livelli sonori sotto le cuffie protettive.
Un microfono esterno e wireless si riferisce in genere a un fonometro con un microfono integrato progettato per uso esterno e dotato di funzionalità di trasmissione wireless. Questi sistemi sono racchiusi in custodie protettive che proteggono il microfono da elementi ambientali come vento e pioggia. I misuratori spesso includono filtri di compensazione per contrastare gli effetti della custodia e delle protezioni in schiuma sulle prestazioni del microfono. La funzionalità wireless consente al fonometro di trasmettere dati audio a un ricevitore o a una stazione di monitoraggio senza la necessità di cavi fisici, facilitando il monitoraggio remoto e continuo del rumore ambientale.
Le caratteristiche principali di un microfono includono:
Secondo lo standard IEC 61094, i microfoni sono classificati come microfoni di riferimento da laboratorio o microfoni di misurazione utilizzati nelle misurazioni di routine. Questo standard utilizza abbreviazioni specifiche per denotare i tipi e le dimensioni dei microfoni:
Classificazioni dei microfoni:
Pertanto non esiste una classificazione dei microfoni in Classe 1 o Classe 2; queste classificazioni si applicano ai fonometri secondo la norma IEC 61672-1. I microfoni stessi sono classificati secondo lo standard IEC 61094 come microfoni di riferimento da laboratorio (LS) o microfoni standard di lavoro (WS).
Le caratteristiche di un microfono sono influenzate dalla costruzione, dalle interferenze, dal posizionamento, dall’invecchiamento e dalle condizioni ambientali. La costruzione coinvolge il design e i materiali utilizzati, che influiscono sulle prestazioni. Le interferenze includono vibrazioni elettromagnetiche e meccaniche che possono introdurre rumore. Il posizionamento influisce sulle caratteristiche direzionali e sulla risposta in frequenza. L’invecchiamento influisce su componenti come il diaframma, alterando la sensibilità e la risposta in frequenza. Anche le condizioni ambientali come temperatura, umidità e pressione atmosferica possono influire sulle prestazioni, richiedendo un’attenta gestione per mantenere la precisione.
La sensibilità del microfono è una misura dell’efficacia con cui un microfono converte la pressione sonora acustica in un segnale elettrico. Viene generalmente espresso in millivolt per Pascal (mV/Pa), indicando la tensione in uscita prodotta dal microfono per un dato livello di pressione sonora. Ad esempio, se un microfono ha una sensibilità di 50 mV/Pa, significa che per ogni Pascal di pressione sonora (approssimativamente il livello di pressione sonora a circa 94 dB), il microfono produrrà un segnale in uscita di 50 millivolt. Questo valore aiuta a determinare quanto bene funzionerà il microfono in diversi ambienti sonori e quanta amplificazione potrebbe essere necessaria per l’applicazione desiderata.
La gamma dinamica di un microfono si riferisce all’intervallo tra i livelli di pressione sonora misurabili più bassi e quelli più alti che può catturare con precisione. Un’ampia gamma dinamica è fondamentale perché consente al microfono di gestire un ampio spettro di intensità sonore, da suoni molto deboli a quelli estremamente forti, senza distorsioni o perdita di dettagli.
I cambiamenti di temperatura possono influenzare la sensibilità dei microfoni di misurazione. I microfoni di alta qualità sono progettati per ridurre al minimo questi effetti, garantendo prestazioni costanti in un intervallo di temperature. L’aumento della pressione ambientale diminuisce la sensibilità del microfono, quantificata dal coefficiente di pressione ambientale, che aiuta a regolare le misurazioni di conseguenza. Comprendere e compensare questi effetti mantiene misurazioni del suono accurate nonostante i cambiamenti ambientali.
L’utilizzo di un microfono di misurazione prevede diversi passaggi per misurazioni del suono accurate:
Un preamplificatore microfonico è un dispositivo elettronico utilizzato nel percorso del segnale tra un microfono e schede di ingresso o apparecchiature di registrazione. Servono ad amplificare i segnali deboli del microfono a un livello che può essere efficacemente elaborato e analizzato, garantendo una riproduzione del suono di alta qualità e misurazioni del suono accurate. Il loro ruolo è vitale nel mantenere l’integrità del segnale, ridurre il rumore e fornire il guadagno necessario per varie attività audio e di misurazione.
Un cavo microfonico è un componente essenziale nella catena del segnale audio e di misurazione, utilizzato per collegare un preamplificatore microfonico a una scheda di ingresso o ad altre apparecchiature audio. Questi cavi sono progettati per mantenere l’integrità del segnale riducendo al minimo il rumore e le interferenze, garantendo che il segnale audio venga trasmesso in modo chiaro e accurato. I cavi microfonici di alta qualità sono generalmente dotati di schermature e connessioni bilanciate per ridurre ulteriormente l’impatto del rumore esterno e delle interferenze elettromagnetiche.
Se un microfono prepolarizzato riceve una tensione di polarizzazione errata, non verrà danneggiato, ma la sua sensibilità cambierà . Questi microfoni sono progettati per funzionare senza tensione di polarizzazione esterna perché contengono un materiale elettrete incorporato che mantiene una carica permanente. L’applicazione di una tensione errata può influire sulle prestazioni del microfono, portando a misurazioni del suono imprecise.
La calibrazione di fabbrica è fondamentale per la misurazione dei microfoni perché garantisce la precisione e l’affidabilità del microfono fin dall’inizio. Durante la calibrazione di fabbrica, ogni microfono viene meticolosamente testato rispetto a standard precisi per stabilirne l’esatta sensibilità , risposta in frequenza e altri parametri critici. Questo processo prevede il confronto delle prestazioni del microfono con un riferimento noto, consentendo eventuali modifiche necessarie per soddisfare i rigorosi requisiti di precisione.
Per la calibrazione del microfono vengono utilizzati 94 dB perché corrispondono a un livello di pressione sonora di 1 Pascal, che è un comodo punto di riferimento. Questo livello di riferimento standard fornisce una linea di base coerente e facilmente replicabile per misurare e confrontare la sensibilità del microfono. La calibrazione dei microfoni a 94 dB garantisce che i loro valori di sensibilità siano standardizzati, consentendo prestazioni accurate e affidabili in varie applicazioni. Utilizzando questo livello di riferimento, produttori e utenti possono garantire che i microfoni producano un output coerente quando esposti a una pressione sonora nota, facilitando misurazioni sonore precise e mantenendo l’uniformità nei test e nella calibrazione delle apparecchiature audio.
La ricalibrazione periodica dei fonometri con microfoni, guidata da normative come IEC 61672-3, è una misura proattiva per garantire che questi dispositivi rimangano accurati, affidabili e conformi agli standard per tutta la loro durata operativa. Questo processo è essenziale per mantenere la validità e la precisione delle misurazioni acustiche in vari contesti professionali e normativi. La ricalibrazione regolare aiuta a verificare le prestazioni, rilevare eventuali derive e garantire la coerenza delle misurazioni, preservando così l’integrità dei dati raccolti per il monitoraggio del rumore ambientale, le valutazioni della salute sul lavoro e altre applicazioni critiche.
Un attuatore elettrostatico è un dispositivo utilizzato nella calibrazione dei microfoni a condensatore. Funziona applicando una forza elettrostatica al diaframma del microfono, simulando l’effetto delle onde sonore. Questo metodo consente un controllo e una misurazione precisi della risposta del microfono a un input noto, facilitando una calibrazione accurata. L’attuatore elettrostatico funziona posizionando una griglia rigida e conduttiva vicino al diaframma del microfono e applicando una tensione alternata tra di loro. Questo crea un campo elettrostatico che muove il diaframma in modo simile a come farebbe la pressione sonora. Variando la frequenza e l’ampiezza della tensione applicata, è possibile misurare la risposta in frequenza e la sensibilità del microfono.
I microfoni, in particolare quelli utilizzati per misurazioni precise, sono calibrati da laboratori accreditati secondo gli standard ISO 17025. Questi laboratori, come Svantek, sono specializzati nella calibrazione e nei test per garantire l’accuratezza e l’affidabilità degli strumenti di misurazione. L’accreditamento ISO 17025 significa che un laboratorio soddisfa gli standard internazionali di competenza tecnica e gestione della qualità , garantendo che i risultati della calibrazione siano accurati e tracciabili rispetto a standard riconosciuti.
